Мейоз, його етапи й фази. Біологічне значення мейозу

Мейоз – це спосіб поділу еукаріотичних клітин, унаслідок якого з однієї материнської утворюються 4 дочірні клітини з удвічі меншим набором хромосом. Цей тип поділу включає 2 послідовних поділи, кожний з яких складається з 4 фаз: профази, метафази, анафази і телофази. Набір хромосом перед поділом у материнських клітинах диплоїдний, а в дочірніх клітинах – гаплоїдний. Стан спадкової інформації після поділу видозмінений завдяки процесам кон’югації і кросинговеру. Мейоз вперше описав німецький біолог О. Гертріг у 1876 році на прикладі яєць морських їжаків. Проте важливість мейозу в спадковості була описана лише в 1890 році німецьким біологом А. Вайсманом.

Етапи і фази мейозу

І етап – редукційний поділ, або Мейоз І:

Профаза І – фаза спіралізації (конденсації) двохроматидних хромосом. Вона є найтривалішою за часом у мейозі, під час неї відбувається ряд процесів.

• Спіралізація двохроматидних хромосом. Хромосоми вкорочуються й ущільнюються та набувають вигляду паличкоподібних структур. Після цього гомологічні хромосоми зближуються і кон’югують (тісно прилягають одна до одної по всій довжині, обвиваються, перехрещуються).

Так утворюються комплекси з 4 хроматид, сполучених між собою в певних місцях, так звані тетради, або біваленти.

• • Кон’югація (зближення і злиття ділянок гомологічних хромосом) і кросинговер (обмін певними ділянками між гомологічними хромосомами). У результаті кросинговеру утворюються нові комбінації спадкового матеріалу. Таким чином, кросинговер є одним із джерел спадкової мінливості. Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної. При цьому стає помітним, що кожна з них складається з двох хроматид.
• • Розходження центріолей до полюсів.
• • Зникнення ядерець.
• • Розпад ядерної оболонки на фрагменти.
• • Формування веретена поділу.

Метафаза І – фаза розташування тетрад на екваторі:

• • короткі нитки прикріплюються до центромер лише з одного боку і хромосоми розташовуються двома лініями;
• • на екваторі клітини розташовуються тетради.

Анафаза І – фаза розходження двохроматидних гомологічних хромосом.

• • кожна тетрада розділюється на двохроматидні хромосоми;
• • нитки веретена поділу скорочуються і розтягують двохроматидні хромосоми до полюсів. Наприкінці анафази біля кожного з полюсів клітини опиняється гаплоїдний (половинний) набір хромосом. Розходження хромосом кожної пари є подією випадковою, що є ще одним джерелом спадкової мінливості.

Телофаза І – фаза деспіралізації двохроматидних хромосом:

• • утворення двох клітин з гаплоїдним набором двохроматидних хромосом;
• • у клітинах тварин та деяких рослин хромосоми деспіралізуються і поділяється цитоплазма материнської клітини, але в клітинах більшості видів рослин цитоплазма не ділиться.

Результатом Мейозу І є утворення з однієї материнської клітини двох дочірніх клітин з гаплоїдним набором двохроматидних хромосом.

Інтерфаза між поділами мейозу коротка або відсутня, оскільки синтез ДНК не відбувається.

II етап – мітотичний, або Мейоз II

Профаза II – фаза спіралізації двохроматидних хромосом.

Метафаза II – фаза розташування двохроматидних хромосом на екваторі.

■ короткі нитки прикріплюються до центромер;

■ на екваторі клітини в один ряд розташовуються двохроматидні хромосоми.

Анафаза II – фаза розходження однохроматидних хромосом до полюсів клітин:

■ кожна хромосома розділюється на хроматиди;

■ нитки веретена поділу скорочуються і розтягують хроматиди до полюсів.

Телофаза II – фаза деспіралізації однохроматидних хромосом:

■ утворення двох клітин з гаплоїдним набором однохроматидних хромосом.

Отже, загальним результатом мейозу є утворення з однієї материнської клітини 4 дочірніх клітин з гаплоїдним набором однохроматидних хромосом.

Біологічне значення мейозу: 1) забезпечує видозміну спадкового матеріалу; 2) підтримує сталість каріотипу при статевому розмноженні; 3) лежить в основі статевого розмноження.

Порівняльна характеристика мітозу і мейозу

Кількість утворених клітин 3 однієї

Набір хромосом перед поділом у клітинах

Набір хромосом у дочірніх клітинах

Стан спадкової інформації в клітинах

Відмінності процесів у профазі мітозу і профазі 1 мейозу

Відсутність кон’югації і кросинговеру

Наявність кон’югації і кросинговеру

Відмінності процесів у метафазі мітозу і метафазі 1 мейозу

На екваторі хромосоми розташовуються в один ряд

На екваторі хромосоми розташовуються в два ряди у вигляді тетрад

Відмінності процесів у анафазі мітозу і анафазі 1 мейозу

Розходяться однохроматидні хромосоми

Розходяться двохроматидні хромосоми

Відмінності процесів у телофазі мітозу і телофазі 1 мейозу

Утворюються дві диплоїдні клітини з однохроматидними хромосомами

Утворюються дві гаплоїдні клітини з двохроматидними хромосомами

Крім мітозу, клітини еукаріотів можуть ділитися й іншими способами поділу. Це амітоз й ендомітоз.

Амітоз (прямий поділ) – поділ, що відбувається без спіралізації хромосом і без утворення веретена поділу. Здійснюється перешнуровуванням ядра, утворенням перегородки тощо. Основними ознаками амітозу є такі: а) ядро ділиться шляхом перетяжки на дві або декілька рівних або нерівних частин; б) точного розподілу ДНК і хромосом між двома або декількома частинами ядра не буває; в) ядерце і ядерна мембрана не зникають. Амітоз, зазвичай, спостерігається у приречених на загибель клітинах, в опромінених клітинах тощо.

Ендомітоз – поділ, що супроводжується репродукцією хромосом без утворення веретена поділу при збереженні ядерної оболонки. Усі фази мітотичного поділу відбуваються всередині ядра. Зустрічається ендомітоз в клітинах різних тканин, які інтенсивно функціонують, і результатом такого поділу може бути: а) багаторазове збільшення числа хромосом у клітині (наприклад, у клітинах печінки, м’язових волокнах); б) збільшення плоїдності клітини при збереженні в ній постійної кількості політенних (багатохроматидних) хромосом (наприклад, у клітинах амеб, інфузорій, евглен, слинних залоз двокрилих комах, зародкового мішка деяких рослин).

БІОЛОГІЯ+ Едвард Страсбургер (1844-1912) – німецький ботанік, основні наукові праці якого відносяться до цитології, анатомії та ембріології рослин. Ввів у науку поняття цитоплазма, гаплоїдний набір хромосом, описав мейоз у вищих рослин, запліднення у папоротеподібних, голонасінних, виявив, що клітини і ядра рослин утворюються шляхом поділу, пояснив біологічне значення редукції кількості хромосом та ін. Його “Практикум з ботаніки” упродовж тривалого часу був основним посібником по мікроскопії рослин.

Енергія не створюється і не зникає, а лише переходить з однієї форми в іншу.

Закон збереження енергії

7 Відмінностей між мітозом і мейозом

Організми ростуть і розмножуються шляхом поділу клітин. В еукаріотичних клітинах утворення нових клітин відбувається в результаті мітозу та мейозу . Ці два процеси ядерного поділу схожі, але різні. Обидва процеси передбачають поділ диплоїдної клітини або клітини, що містить два набори хромосом (по одній хромосомі від кожного з батьків).

Під час мітозу генетичний матеріал ( ДНК ) у клітині дублюється та розподіляється порівну між двома клітинами. Клітина, що ділиться, проходить через упорядковану серію подій, яка називається клітинним циклом . Мітотичний клітинний цикл ініціюється наявністю певних факторів росту або інших сигналів, які вказують на необхідність утворення нових клітин. Соматичні клітини організму розмножуються шляхом мітозу. Приклади соматичних клітин включають жирові клітини , клітини крові , клітини шкіри або будь-які клітини тіла, які не є статевими клітинами . Мітоз необхідний для заміни мертвих клітин, пошкоджених клітин або клітин, які мають короткий термін життя.

Мейоз — це процес утворення гамет (статевих клітин) в організмах, які розмножуються статевим шляхом . Гамети утворюються в чоловічих і жіночих статевих залозах і містять половину кількості хромосом , ніж вихідна клітина. Нові комбінації генів вводяться в популяцію через генетичну рекомбінацію , яка відбувається під час мейозу. Таким чином, на відміну від двох генетично ідентичних клітин, що утворюються в мітозі, мейотичний клітинний цикл виробляє чотири клітини, які генетично відрізняються.

Ключові висновки: мітоз проти мейозу

• Мітоз і мейоз – процеси поділу ядра, які відбуваються під час поділу клітини.
• Мітоз включає поділ клітин тіла, тоді як мейоз включає поділ статевих клітин.
• Поділ клітини відбувається один раз у мітозі, але двічі в мейозі.
• Дві дочірні клітини утворюються після мітозу та цитоплазматичного поділу, тоді як чотири дочірні клітини утворюються після мейозу.
• Дочірні клітини, що утворюються в результаті мітозу, є диплоїдними , тоді як ті, що утворюються в результаті мейозу, є гаплоїдними .
• Дочірні клітини, які є продуктом мітозу, генетично ідентичні. Дочірні клітини, що утворюються після мейозу, генетично різноманітні.
• Утворення тетради відбувається в мейозі, але не в мітозі.

Відмінності між мітозом і мейозом

1. Поділ клітини

• Мітоз: Соматична клітина ділиться один раз . Цитокінез (поділ цитоплазми ) відбувається в кінці телофази .
• Мейоз: Репродуктивна клітина ділиться двічі . Цитокінез відбувається в кінці телофази I і телофази II.

2. Номер дочірньої клітини

• Мітоз: виробляються дві дочірні клітини. Кожна клітина диплоїдна , містить однакову кількість хромосом.
• Мейоз: утворюєтьсячотири дочірні клітини. Кожна клітина є гаплоїдною , що містить половину кількості хромосом, ніж вихідна клітина.

3. Генетичний склад

• Мітоз: дочірні клітини, що утворюються в мітозі, є генетичними клонами (вони генетично ідентичні). Ніякої рекомбінації чи кросинговеру не відбувається .
• Мейоз: отримані дочірні клітини містять різні комбінації генів. Генетична рекомбінація відбувається в результаті випадкової сегрегаціїгомологічних хромосом у різні клітини та шляхом процесу кросинговеру (перенесення генів між гомологічними хромосомами).

4. Довжина профази

• Мітоз: під час першої мітотичної стадії, відомої як профаза, хроматин конденсується в окремі хромосоми, ядерна оболонка руйнується, і на протилежних полюсах клітини утворюються волокна веретена . Клітина проводить менше часу в профазі мітозу, ніж клітина в профазі I мейозу.
• Мейоз: Профаза I складається з п’яти стадій і триває довше, ніж профаза мітозу. П’ять стадій мейотичної профази I: лептотен, зиготена, пахітен, диплотен і діакінез. Ці п’ять стадій не відбуваються в мітозі. Генетична рекомбінація та кросинговер відбуваються під час профази I.

5. Формування тетради

• Мітоз: утворення тетради не відбувається.
• Мейоз: у профазі I пари гомологічних хромосом вишиковуються щільно одна до одної, утворюючи так звану тетраду. Тетрада складається з чотирьох хроматид (двох наборів сестринських хроматид).

6. Вирівнювання хромосом у метафазі

• Мітоз:сестринські хроматиди (дуплікована хромосома, що складається з двох ідентичних хромосом, з’єднаних у центромерній області) вирівнюються на метафазній пластинці (площині, яка однаково віддалена від двох полюсів клітини).
• Мейоз: Тетради (гомологічні пари хромосом) вирівнюються на метафазній пластинці в метафазі I.

7. Поділ хромосом

• Мітоз: під час анафази сестринські хроматиди відокремлюються і починають мігрувати центромери спочатку до протилежних полюсів клітини. Відокремлена сестринська хроматида стає відомою як дочірня хромосома і вважається повною хромосомою.
• Мейоз: гомологічні хромосоми мігрують до протилежних полюсів клітини під час анафази I. Сестринські хроматиди не відокремлюються в анафазі I.

Подібності мітозу та мейозу

Рослинна клітина в інтерфазі. В інтерфазі клітина не зазнає поділу. Видно ядро ​​і хроматин. Ед Решке/Getty Images

Хоча процеси мітозу та мейозу мають ряд відмінностей, вони також багато в чому схожі. Обидва процеси мають період росту, який називається інтерфазою , під час якого клітина відтворює свій генетичний матеріал і органели, готуючись до поділу.

І мітоз, і мейоз включають фази: профазу , метафазу , анафазу та телофазу . Хоча в мейозі клітина двічі проходить ці фази клітинного циклу. Обидва процеси також включають вишикування окремих дубльованих хромосом, відомих як сестринські хроматиди, уздовж метафазної пластинки. Це відбувається в метафазі мітозу і метафазі II мейозу.

Крім того, і мітоз, і мейоз включають відділення сестринських хроматид і утворення дочірніх хромосом. Ця подія відбувається в анафазі мітозу та анафазі II мейозу. Нарешті, обидва процеси завершуються поділом цитоплазми, що виробляє окремі клітини.